Desenvolvimento de um batedor de ondas de baixo custo

Abstract

O crescente interesse na energia proveniente das ondas do oceano tem incentivado a geração de ondas em ambiente laboratorial, adquirindo cada vez mais importância para a engenharia oceânica e costeira. Neste sentido, os canais de ondas apresentam um papel crucial na avaliação da resposta das estruturas à ação das ondas, permitindo uma análise em escalas reduzidas, apesar do elevado custo associado à construção do mecanismo de geração de ondas. Nesta dissertação pretende-se desenvolver um batedor de ondas do tipo pistão de baixo custo para um canal presente no laboratório de MFTA do DEMI. Este dispositivo mecânico é constituído por uma placa vertical animada com um movimento de translação horizontal, paralelo à superfície da água em repouso, gerando ondas no canal. A conceção e modelação do batedor foi realizado com recurso ao software SolidWorks, sendo posteriormente fabricado e montado no canal. Ocontrolo do movimento do batedor foi feito através de um circuito eletrónico e um Arduino UNO. O movimento da placa do batedor é acionado por um motor de passo e o código para o controlo deste motor foi programado para a geração de agitação regular. A validação do código resume-se na realização de ensaios experimentais para diferentes alturas e períodos de onda. Estes testes visam comparar o comprimento de onda e a elevação da superfície livre das ondas geradas pelo batedor com as soluções analíticas. Verificou-se uma maior aproximação dos resultados obtidos para o parâmetro do comprimento de onda, resultando num erro relativo médio dos ensaios de aproximadamente 4,51%. Para a elevação da superfície livre, os erros relativos determinados são mais elevados, apresentando um erro relativo médio de 27,6% para a posição da fita 1 e 81,3% para a posição da fita 2. A distorção das fotografias dos ensaios experimentais, a incerteza de leitura dos valores medidos através das fitas e a atualização descontínua da velocidade e aceleração do motor de passo durante o seu movimento são fatores que contribuíram para os erros relativos determinados.

The growing interest in the energy derived from ocean waves has encouraged the generation of waves in a laboratory environment, which is becoming increasingly important for ocean and coastal engineering. In this context, wave channels have a crucial role in the response evaluation of structures to wave action, allowing them to be analysed on a small scale, despite the high cost associated to the construction of a wavemaker. The aim of this dissertation is to develop a low-cost piston-type wavemaker for a wave flume in DEMI’s MFTA laboratory. This mechanical device incorporates an animated plate with a horizontal translational movement, usually parallel to the surface of the water at rest, generating waves in the wave flume. The design and modelling of thewavemaker are carried out using SolidWorks software, and subsequently manufactured and assembled in the wave flume. The movement of the wavemaker was controlled using an electronic circuit and an Arduino UNO. The movement of the wavemaker paddle is driven by a stepper motor and the code for controlling this motor was programmed to generate regular agitation. The validation of the code involves carrying out experimental tests for different wave heights and periods. These tests aim to compare the wavelength and elevation of the free surface of the waves generated by the piston-type wavemaker with the analytical solutions. The results obtained revealed a better approximation of the measured values for the wavelength, resulting in an average relative error of the tests of approximately 4.51%. The measurement of the free surface elevation presented higher relative errors, with an average relative error of 27.6% for the position of fita 1 and 81.3% for the position of fita 2. The distortion in the experimental test photos, the uncertainty in the reading of the values measured using the tapes and the discontinuous updating of the speed and acceleration of the stepper motor during its movement are all factors that contributed to the relative errors determined.